近日，物理学院发光与显示团队杨艳民教授研究组与浙江大学邱建荣教授研究组合作，提出了三价稀土离子掺杂的宽带隙基质的长余辉发光机制，认为带间充能过程中等电子陷阱束缚激子起到重要作用，成功设计实现了Gd³⁺的超长余辉发射，相关工作“Mechanism of the trivalent lanthanides’ persistent luminescence in wide bandgap materials”以河北大学为第一单位发表在Light: Science & Applications, 2022, 11, 51。物理学院青年教师李磊朋博士为论文第一作者，杨艳民教授和邱建荣教授为共同通讯作者。研究生李天一、胡悦、蔡重阳等参与了本工作。

长余辉发光材料已被广泛应用于夜光显示、照明、安全标识、生物成像等领域。然而，长余辉发光的基本物理机理至今依然众说纷纭，存在普遍争议，这导致长余辉材料的开发依然沿用炒菜式的试错法。该项工作提出了三价稀土离子掺杂的宽带隙基质的长余辉发光机制。带间充能使价带电子被激发到导带，高带隙基质中导带的电子和价带的空穴相互吸引形成常温下稳定的激子，激子也可能参与能量传递过程。获得的数据表明激子能够把能量传递给发光中心并产生光发射。本论文指出稀土离子束缚载流子的能力除了与自身电子排布有关外，还与替代阳离子以及配位阴离子的特性有关。Er³⁺、Nd³⁺、Ho³⁺和Gd³⁺不易产生余辉的原因是它们自身电子排布导致的较弱的束缚载流子能力。通过改变替代阳离子和配位阴离子成功实现了Er³⁺、Nd³⁺、Ho³⁺和Gd³⁺的超长的长余辉。等电子陷阱束缚载流子模型不仅可以用于稀土离子余辉设计，也适用于过渡族甚至于主族元素的余辉发射性质预测，从而为设计新型长余辉材料提供理论依据。

《Light: Science & Applications》是国际光学顶尖期刊，主要报道光学及相关领域内的重要研究进展。以上工作得到国家自然科学基金委、河北省自然科学基金委、河北大学高层次引进人才项目和河北大学物理学院公共测试中心的大力支持。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41377-022-00736-5

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